SYL600-10壓裂泵車的研制

毛純

（中石化四機石油機械有限公司，湖北 荊州434020）

1 研究背景

壓裂酸化是指通過足夠可壓開儲層的壓力下，對地層泵入酸液，依靠酸蝕作用對地層原有裂縫解堵或形成新裂縫，是恢復油井產(chǎn)量的一項重要措施。隨著壓裂酸化技術(shù)的日益發(fā)展和對油氣田工況的不斷認識，適用于油田淺井、中深井的新型壓裂酸化裝備出現(xiàn)了突破性的進展[1-2]。

2 技術(shù)方案

SYL600-10壓裂泵車主要由動力系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、液氣路系統(tǒng)、離心泵、電控系統(tǒng)、清洗裝置、計量罐、高壓管匯系統(tǒng)、低壓管匯系統(tǒng)等組成。整車配備超壓保護裝置，當泵壓超過預設值時，可停止輸出動力，進而保證設備運行和人身安全。整車設備具有自我保護、自我診斷以及數(shù)顯功能[3-4]。全車的具體模塊設計如圖1所示。

圖1 SYL600-10壓裂泵車總布置圖

2.1 柱塞泵模塊設計

STP600S柱塞泵是一種柱塞規(guī)格為3"（1"≈2.45 cm）的往復式容積單作用泵，可廣泛地用于各類油田作業(yè)，如酸化、壓裂等。該柱塞泵包括動力端、液力端總成和減速箱等零部件，減速箱的安裝位置可根據(jù)柱塞泵的安裝位置變化，在泵的左右側(cè)均可安裝，并且減速箱的輸入軸具備16種不同的安裝位置，適用于不同的傳動系統(tǒng)要求，并配置有100 MPa的壓力表。該柱塞泵的性能參數(shù)如表1所示。

表1 柱塞泵各種工況下性能參數(shù)

STP600S的動力端、減速箱、液力端的基本設計和結(jié)構(gòu)特點如表2、表3、表4所示。

表2 動力端總成

表3 減速箱總成

表4 液力端總成

用戶可選用不同的盤根總成、凡爾總成、排出法蘭、吸入管匯，泵送各種特殊的液體，在各種不同環(huán)境下工作。泵的質(zhì)量不會因柱塞規(guī)格和其他配件的不同而出現(xiàn)較大的差異，但質(zhì)量差異在±5%的范圍內(nèi)。

在油氣井作業(yè)過程中，柱塞泵低速運行才能輸出最高壓力和最大負荷。這一特性必須要采用一臺驅(qū)動潤滑泵的動力裝置。當發(fā)動機高速工作時，無論柱塞泵是否處于低速狀態(tài)，潤滑泵均可輸出最多的潤滑油。因此柱塞泵必須配置動力端潤滑系統(tǒng)。該系統(tǒng)應與整車的發(fā)動機、傳動箱等匹配。

2.2 電控系統(tǒng)模塊設計

SYL600-10壓裂泵車電控系統(tǒng)包括儀表操作臺控制、電源控制、發(fā)動機控制、傳動箱控制、超壓保護、泵作業(yè)參數(shù)顯示及報警和照明等系統(tǒng)。

儀表操作臺控制。壓裂作業(yè)的操縱機構(gòu)位于操作平臺的儀表箱內(nèi)，它為全車各系統(tǒng)實現(xiàn)集中控制，由上儀表板、下儀表板、電路端板和氣路端板組成。

電源控制。電源系統(tǒng)由2個12 V底盤蓄電池及交流發(fā)電機組成，這2個12 V蓄電池串聯(lián)組成24 V供電電源為柴油機啟動提供電能。由柴油機配備的交流發(fā)電機用來給蓄電池充電以及為全車各系統(tǒng)供電。

發(fā)動機控制。發(fā)動機為車臺提供動力，其控制主要在儀表板上實現(xiàn)，包括柴油機啟動、停機、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)及報警顯示系統(tǒng)。

傳動箱控制。艾里遜4700FS傳動箱把發(fā)動機的動能傳遞給柱塞泵，其控制主要在儀表板上實現(xiàn)，有傳動箱閉鎖指示、故障指示、換擋開關(guān)等功能。

超壓保護。在高壓排出管匯上設置有壓力傳感器，該傳感器能將壓力信號轉(zhuǎn)換成4～20 mA標準電流信號，此信號經(jīng)自動混漿單元處理后，在壓力表上顯示排出壓力。在壓力表上可任意設置超壓報警值，一旦排出壓力超過預先設置的超壓報警值，壓力表立即觸發(fā)超壓報警信號（直流24 V），車臺發(fā)動機通過自動控制功能進入怠速狀態(tài)。

2.3 散熱系統(tǒng)模塊設計

散熱系統(tǒng)可實現(xiàn)整車設備各部件，如發(fā)動機缸套、發(fā)動機中冷器、傳動箱和動力端潤滑等的散熱功能。散熱風扇通過發(fā)動機曲軸取力的方式，在減小長度的同時也降低了設備的占地面積。散熱風扇采用機械連接，無需額外控制，因此具有故障點少、設備可靠性高的特點。

2.4 氣路系統(tǒng)模塊設計

通過開啟儀表控制臺左側(cè)的一個控制總閥，車臺上所有氣路的氣源壓力均不低于0.7 MPa。循環(huán)泵的清洗、柱塞泵的供水以及低壓管匯均采用氣動蝶閥。在壓裂作業(yè)時，通過打開控制潤滑系統(tǒng)的減壓閥可以實現(xiàn)盤根的良好潤滑。等待作業(yè)時，應及時關(guān)閉減壓閥，避免造成潤滑油浪費。

氣壓系統(tǒng)需要經(jīng)常保養(yǎng)，儲氣筒必須定期從排放口處放水，如果不這樣做將會導致濕氣進入系統(tǒng)而流至各個氣動元件，使元件銹蝕。控制臺上的除濕裝置和潤滑裝置應經(jīng)常排水和加油，潤滑油變質(zhì)應更換，以保證氣路元件正常工作。

2.5 潤滑系統(tǒng)模塊設計

整車提供獨立的潤滑系統(tǒng)。柱塞泵減速箱和動力端總成內(nèi)各軸承、齒輪采用連續(xù)壓力油式強制潤滑，而液力端各盤根采用氣壓油潤滑。潤滑油泵把潤滑油從油箱中吸出，經(jīng)過濾清器后，流入兩條線路：一是流入動力端總成供油管線，經(jīng)回油孔回流至油箱，主要作用是潤滑各滾動軸承、十字頭和連桿的滑動軸承；二是經(jīng)動力端總成供油管線流至減速箱，然后回流至油箱，主要作用是潤滑減速箱齒輪和軸承。

濾清器設有緊急旁通管路，發(fā)生堵塞時，潤滑油可從旁通管路的安全閥流過，由此保證各部件的潤滑。泵在運轉(zhuǎn)時，應隨時通過壓力表觀察泵的潤滑壓力，在冷啟動和滿速運行時的最高油壓約為1.2 MPa，當潤滑油已經(jīng)加熱到工作溫度，并且柱塞泵在全速運行時，最小允許油壓為0.8 MPa。潤滑油的流量應保證在45～70 L/min。

3 結(jié)論

通過對SYL600-10型壓裂泵車是針對壓裂過程中施工排量的高要求、降低操作人員勞動強度、提高操作安全性而研制的自動化壓裂裝備，其具備以下特點：①模塊化設計，各操作部位緊密聯(lián)系，自動化程度高；②單機可完成高壓力、大排量連續(xù)作業(yè)，節(jié)約施工裝備和人員成本；③柱塞泵后置，高壓區(qū)和作業(yè)區(qū)相互獨立，提高作業(yè)安全性；④整機布局優(yōu)化，后期維保難度低。

平臺布置有儀表控制臺和加裝護欄。各類儀表、控制裝置布置在儀表控制臺上，吸入、排出管路的控制閥布置在其周圍。整車設備的操作可由單人在平臺上完成，具有方便、可靠以及自動化程度高的特點。